Esposizione esterna

Strumenti e
dispositivi di
radioprotezione
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI
MILANO
Materiale didattico a cura della
Dott.ssa Michela Lecchi
La radioprotezione
La radioprotezione ha come oggetto principale la protezione
dell'uomo dagli effetti nocivi delle radiazioni.
Nella pratica, la radioprotezione trova attuazione in un
insieme di leggi, norme e procedure tese alla protezione di:
lavoratori, per quanto riguarda le esposizioni derivanti
dall'attività lavorativa
pazienti, per quanto riguarda le esposizioni derivanti da
esami diagnostici o terapie
popolazione, per quanto riguarda i tipi di esposizioni che
possono interessarla
Per i lavoratori, l’attuazione della radioprotezione va
diversificata in funzione della possibile geometria di
esposizione alle radiazioni: esterna o interna.
Esposizione esterna
Esposizione esterna:
La sorgente è esterna al corpo.
Le radiazioni più penetranti
sono le più importanti a livello
radioprotezionistico (X, gamma,
neutroni).
Esposizione esterna
Il monitoraggio dell’esposizione esterna è effettuato
attraverso la sorveglianza fisica:
del livello di radioattività ambientale all’interno e
all’esterno delle aree di lavoro
del livello di radioattività ambientale attorno alle
apparecchiature di radiologia e radioterapia o attorno ai
contenitori delle sorgenti
delle dosi ricevute dai singoli operatori
Esposizione esterna
Il monitoraggio dell’esposizione esterna è effettuato
attraverso la misura delle seguenti grandezze operative
(equivalenti di dose):
Equivalente di dose ambientale in un punto di interesse di
un’area di lavoro
Equivalente di dose personale nel tessuto molle ad una
profondità definita sotto un certo punto del corpo
Unità di misura:
Sv (Sievert) valore di dose personale o ambientale
Equivalente di dose ambientale per unità di tempo
Unità di misura:
Sv/h valore di dose ambientale rilevato in un’ora
Esposizione esterna
Attività della sorgente, ovvero numero di trasformazioni
nell’unità di tempo (per radionuclidi)
Unità di misura:
BEQUEREL (Bq):
1 Bq = 1 disintegrazione al secondo
CURIE (Ci):
1 Ci = 3.7 x 1010 Bq
Attività della sorgente per unità di superficie (utilizzata per le
misure di contaminazione)
Unità di misura:
Bq/cm2 n. di disintegrazione al secondo per centimetro quadrato
Sorveglianza fisica
Gli strumenti operativi utilizzati per la sorveglianza fisica
dell’esposizione esterna possono essere raggruppati in due
categorie a seconda dello scopo:
I GRUPPO (MONITORAGGIO CONTINUO)
Dosimetria fotografica
(piccole pellicole o film)
TLD da polso
Dosimetria a termoluminescenza
(TLD)
II GRUPPO (MISURE ESTEMPORANEE)
Rivelatori a gas (camere a ionizzazione, contatori
proporzionale e contatori Geiger)
Rivelatori allo stato solido
(cristalli scintillatori o semiconduttori)
TLD ad anello
Badge
Dosimetria fotografica
Una emulsione fotografica irradiata viene impressionata come
nel caso della luce visibile e “annerisce”. L’annerimento e’
proporzionale alla dose.
Dose (µGy)
Si ottiene la misura della dose “integrale” assorbita dalla
pellicola durante l’intero periodo di esposizione alle radiazioni.
I film-badge
I film sono inseriti in astucci (badge),
che contengono all’interno piccoli filtri
metallici di vario materiale e spessore
che si sovrappongono a piccole aree
dei film.
I conseguenti diversi annerimenti
permettono di ottenere informazioni su:
- qualità della radiazione (energia)
- geometria dell’irradiazione (x es.:
anteriore o posteriore)
(1°VANTAGGIO).
Badge
1 mm Cu
0.1 mm Cu
0.5 mm Cu
1 mm Pb
Una volta letti, i film costituiscono un documento stabile ed
archiviabile della dose ricevuta (2°VANTAGGIO).
Per le dimensioni, non possono essere utilizzati per la
misura delle estremità (SVANTAGGIO).
Dosimetria a termoluminescenza (TLD)
Termoluminescenza:
emissione di luce, a seguito di riscaldamento, da parte di
alcuni materiali isolanti (CaF2, LiF, BeO, CaSO4, Li2B4O7)
Modello a bande:
insieme dei livelli energetici possibili o impossibili (banda
proibita) per gli elettroni di un materiale
Banda conduzione
Energia
Energia
Banda conduzione
Banda proibita
Banda valenza
Banda valenza
Materiale conduttore
Materiale isolante
Principio di funzionamento TLD
Energia
Banda conduzione
trappola
Banda proibita
Banda valenza
L’energia impartita dalla radiazione libera l’elettrone dal
legame atomico e lo porta nella banda di conduzione
creando una lacuna nella banda di valenza.
La maggior parte degli elettroni ritornano a legarsi alle lacune
dopo aver migrato nel cristallo (luminescenza)
Qualcuno resta intrappolato in livelli metastabili della banda
proibita finché il cristallo non viene riscaldato (lettura).
Principio di funzionamento TLD
Energia
Banda conduzione
trappola
Banda proibita
Banda valenza
Qualcuno resta intrappolato in livelli metastabili della banda
proibita finché il cristallo non viene riscaldato (lettura).
L’energia termica somministrata libera l’elettrone dalla
trappola. Esso ritorna alla banda di valenza e nel processo
viene emessa luce (Termoluminescenza)
La fase di lettura del dosimetro consiste
quindi nel suo riscaldamento
Un fotomoltiplicatore legge
la luce emessa
Proporzionale al numero di elettroni
intrappolati
Proporzionale alla dose assorbita
I dosimetri personali TLD
TLD da polso
TLD ad anello
Hanno le forme di piccoli cilindretti o parallelepidedi delle
dimensioni di mm, quindi possono essere introdotti in
contenitori a forme di anelli e bracciali per la misura della
dose alle estremità (VANTAGGIO).
La lettura distrugge l’informazione (SVANTAGGIO).
Norme specifiche per l’uso dei
dosimetri personali
1) Il personale provvisto di dosimetro e` tenuto a portarlo per
tutto il tempo di permanenza nel reparto e a trattarlo con
la massima cura.
2) Il dosimetro personale non può essere utilizzato al di fuori
della struttura ne` ceduto o prestato ad altre persone.
3) Il dosimetro personale ad anello deve essere indossato
sull'arto più esposto.
4) Si deve porre la massima cura perché il dosimetro non
venga in contatto con un qualunque liquido e non sia
esposto a fonti di calore o di umidità.
5) Si deve segnalare immediatamente l'eventuale
deterioramento o smarrimento del dosimetro alla
Direzione (Ufficio di Radioprotezione) che provvederà alla
sua sostituzione.
Norme specifiche per l’uso dei
dosimetri personali
6) Durante l'assenza dal lavoro, il dosimetro deve essere
riposto in luogo ove non sussista possibilità alcuna di
esposizione alle radiazioni.
7) Il dosimetro deve essere consegnato alla persona
incaricata nei periodi prestabiliti, per poter garantire la
valutazione della dose individuale assorbita.
8) Nel caso che, per qualsiasi motivo, una persona
(dipendente da terzi, lavoratore autonomo, visitatore o
altro) debba svolgere attività comportante esposizione,
anche solo presunta, alle radiazioni, e' necessario
contattare preventivamente l’esperto qualificato.
I rivelatori a gas
Rivelatori che misurano la IONIZZAZIONE (creazione di coppie
di ioni) prodotta dal campo di radiazione in un volume di gas
nel quale sono immersi due elettrodi conduttori.
Finestra trasparente alla radiazione
Catodo:
elettrodo negativo
+
+
Anodo:
elettrodo positivo
-
gas
Principio di funzionamento dei
rivelatori a gas
V
gas
La radiazione ionizza le molecole del gas di riempimento.
Gli ioni + e gli elettroni – sono accelerati dalla differenza di
potenziale applicata V agli elettrodi e raccolti dagli elettrodi
stessi.
Principio di funzionamento dei
rivelatori a gas
La carica raccolta induce una variazione ∆V della differenza di
potenziale V ai capi del condensatore.
Dalla misura della differenza di tensione ∆V si risale alla
carica raccolta e quindi alla energia rilasciata nel gas.
V + ∆V
gas
Curva caratteristica
La differenza di tensione V applicata agli elettrodi del
rivelatore ne determina il funzionamento come: Camera a
ionizzazione, Camera proporzionale, Contatore Geiger-Muller.
Regione C: moltiplicazione
CONTATORE PROPORZIONALE
Regione D:
CONTATORE
GEIGER MULLER
Regione B: saturazione
CAMERA A IONIZZAZIONE
Log
10
(numero di coppie di ioni raccolte)
Regione A:
ricombinazione
Differenza di potenziale applicata agli elettrodi (V)
Le curve α e β fanno riferimento a due tipi diversi di radiazione
Camera a ionizzazione
Le camere a ionizzazione lavorano nella regione B della
curva dove la differenza di tensione V è tale che vengano
raccolti tutti gli ioni prodotti dal passaggio della radiazione
senza la possibilità di ricombinazione degli stessi dovuta
al basso campo applicato.
Le camere a ionizzazione (VANTAGGI):
• possono essere realizzate in varie forme
• Possono essere utilizzate per misurare qualsiasi tipo di
radiazione ionizzante
• hanno una elevata linearità di risposta al variare dell’energia
e dell’intensità della radiazione
SVANTAGGIO: bassa sensibilità (capacità di rilevare il
segnale prodotto)
Esempio di camera a ionizzazione
Calibratore di dose
Strumento che misura
l’attività di una sorgente di
radiazioni inserita in un
pozzetto schermato dalla
radioattività esterna.
Range di misura dell’attività:
0.15 x 106 Bq ÷ 37 x 109 Bq
10
x 106 Bq ÷ 185 x 109 Bq
400 x 106 Bq ÷ 370 x 109 Bq
in relazione alla pressione del
gas nella camera.
Esempio di camera a ionizzazione
Camera per misure ambientali
Strumento che misura la
dose assorbita in aria in
un punto di un’area di
lavoro.
Contatore proporzionale
I contatore proporzionali lavorano nella regione C della curva
dove la differenza di tensione V è tale che l’energia acquisita
dagli ioni, che si muovo verso gli elettrodi, produce altra
ionizzazione nel gas.
Sfruttano il fenomeno della moltiplicazione a valanga
per amplificare la carica formatasi con la ionizzazione primaria
La carica totale raccolta è un
multiplo della ionizzazione primaria
- +
Sono utilizzati per la rivelazione
di radiazione di bassa energia
(pochi KeV)
VANTAGGIO: maggiore sensibilità rispetto alla camera a
ionizzazione
Esempio di contatore proporzionale
Monitor per contaminazioni
superficiali
Strumento che misura l’attività di
una sorgente di radiazioni sparsa
su una superficie per unità di
area della superficie stessa
(Bq/cm2)….
….o semplicemente conta quanta
radiazione nell’unità di tempo
proviene dalla superficie di
interesse (cps).
Minima dose rilevabile < 1 Bq/cm2 ( x energia 137Cs)
Contatore Geiger-Muller
Il contatore Geiger Muller è utilizzato ad una differenza di
potenziale così elevata che la carica raccolta dal passaggio
della radiazione non dipende dall'energia rilasciata da questa
e quindi dal numero delle coppie ione-ione prodotte.
VANTAGGIO: alta sensibilità
SVANTAGGIO: misure non
attendibili ad alte intensità di
radiazioni (alto tempo morto
del sistema)
Esempio di Contatore Geiger-Muller
Monitor ambientale
Strumento che misura
l’equivalente di dose ambientale
per unità di tempo (Sv/h) nel
punto di interesse di un locale in
cui vi è presenza di radiazioni.
I cristalli a scintillazione
La radiazione cede parte della sua energia al cristallo
scintillatore causando l'eccitazione di un elettrone che si
sposta in un livello ad energia superiore. Quando
l'elettrone decade al livello che occupava prima
dell'eccitazione, il cristallo emette luce (fenomeno della
scintillazione). Tale impulso di luce viene poi rivelato,
amplificato e trasformato in segnale elettrico dal
fotomoltiplicatore.
Segnale
Rivelatore:
scintillatore
Fotomoltiplicatore
Esempio di strumentazione per il
monitoraggio dell’esposizione esterna
Monitor mani-piedi-vesti
Modello con
4 scintillatori
plastici
Strumento che misura l’attività di
una sorgente di radiazioni che
può avere contaminato mani e
piedi dell’operatore per unità di
area contaminata (Bq/cm2) ….
….o semplicemente conta quanta
radiazione nell’unità di tempo
proviene dalle estremità
dell’operatore (cps).
Rivelatori a semiconduttori
Nei semiconduttori, la banda di conduzione e la banda di
valenza sono separate da una piccola energia.
Banda proibita
Banda conduzione
Energia
Banda conduzione
Energia
Energia
Banda conduzione
Banda proibita
Banda valenza
Banda valenza
Materiale conduttore
Materiale semiconduttore
Banda valenza
Materiale isolante (TLD)
Quando viene fornita energia dalla radiazione da rivelare, gli
elettroni della banda di valenza possono passare nella banda di
conduzione con la creazione di una coppia elettrone – lacuna
(ione +).
Se si applica una tensione esterna, le coppie così formate
migrano, gli elettroni verso l'anodo, le lacune verso il catodo. Si
forma così una corrente proporzionale al numero di coppie
formate e quindi all'energia della particella.
EPD (electronic personal dosimeter)
Dosimetro elettrico
personale
Strumento che misura
l’equivalente di dose personale
(Sv) sotto il punto di
applicazione del dosimetro
(tasca grembiule) dal momento
di accensione dello strumento
fino allo spegnimento (misura
integrale di dose a lettura
istantanea)
I dispositivi di radioprotezione
Barriere fisse
Barriere mobili
Contenitori schermati
Indumenti personali di protezione (DPI)
Esempi di barriere fisse
Le barriere fisse sono costituite da pareti e porte
progettate in modo tale da abbattere la dose nelle aree
limitrofe al locale interessato all’utilizzo delle radiazioni (x es.
in piombo).
Esempi di barriere mobili
PARATIE e BARRIERE CON
VISIVA su rotelle o fissate al soffitto
o all’apparecchiatura.
Indumenti
personali di
protezione (DPI)
CAMICI DI GOMMA con
vari spessori di piombo;
possono essere interi,
costituiti solo da una parte
anteriore e possono essere di
tipo spezzato, con gonna e
gilet.
Percentuale di attenuazione della
radiazione da parte di un camice in
piombo
Tensione
applicata al tubo
Rx (kV)
Camice di 0,25
mm Pb
Camice di 0,35
mm Pb
Camice di 0,50
mm Pb
60
99.79 %
100 %
100 %
81
95.35 %
98.26 %
99.06 %
102
89.53 %
95.17 %
96.66 %
Contenitori schermati
CONTENITORI IN PIOMBO O
TUNGSTENO di vario spessore per
la schermatura di siringhe o flaconi
contenenti sorgenti di radiazioni
(radiofarmaci o sorgenti per la
taratura di strumenti)
Indumenti personali di protezione (DPI)
COLLARINI
GUANTI IN GOMMA
OCCHIALI CON
LENTI AVENTI UN
CERTO SPESSORE
DI PIOMBO
Altri sistemi di gestione del rischio
Di natura ingegneristica sulle apparecchiature
Es.: - pulsanti di erogazione raggi del tipo ‘a uomo morto’
- protezione contro l’azionamento involontario dei
pedali di erogazione raggi X
Di natura strutturale
Es.: - microinterrutori di controllo
alle porte
- segnalazione acustiche
e luminose dello stato di
erogazione raggi X
Altri sistemi di gestione del rischio
Di natura organizzativa e gestionale
Es.: - cartellonistica opportuna
- regolamentazione degli accessi
- norme comportamentali
Esposizione interna
Esposizione interna:
La sorgente è introdotta nel corpo.
Le radiazioni meno penetranti sono
le più importanti a livello
radioprotezionistico (beta, alfa).
Esposizione interna
(principalmente Medicina Nucleare)
Misure ambientali: vengono condotte per rivelare la
concentrazione di radioisotopi nell’aria, sulle superfici, sui
filtri dei condizionamenti e sono effettuate con uso di
contatori e/o scintillatori come nel monitoraggio della
esposizione esterna
Misure personali:
per radiazioni gamma, misure esterne al fine di rivelare
mediante scintillatori, l’attività di un radionuclide in uno
specifico organo o nel corpo intero.
per radiazioni alfa e beta, misure indirette di
concentrazione su escreti biologici.
Esempi: misura di iodio nella tiroide
Captatore tiroideo
Strumento che misura la
quantità di iodio radioattivo
presente a livello tiroideo.
La captazione fornisce una
misura della quantità
potenzialmente presente a
seguito di ingestione o
inalazione del radionuclide.
Esempi: misura delle urine
Contatore Marinelli
Strumento che misura la
radioattività presente in un
liquido (urina) inserito in un
apposito contenitore e
fornisce una valutazione sulla
quantità e tipologia dei
radionuclidi presenti.
Schermatura di Pb per misurare solo le
radiazioni provenienti dal contenitore